Qt中的串口编程

串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口(Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。 TTL电平是3.3V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，其中各位的意义如下：

起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。
数据位：紧接在起始位之后，数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符，从最低位开始传送，靠时钟定位。
奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验数据传送的正确性。
停止位：它是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。

此外，在异步通信中还有一个重要的参数，即波特率，它是衡量数据传送速率的指标，表示每秒钟传送的符号数（symbol）。收发双方的波特率必须保持一致，才能保证数据的正常通信。

在通信程序中，一般来说如何获取收到的信息是一个问题。因为接收是被动的，即不知道对方什么时候会发送信息来，所以需要一直对接收端进行侦听，看是否有信息到来，这样就需要CPU反复地进行查询，会消耗过多的资源。所以，在硬件层面一般会使用中断方式来进行接收侦听，而不会采用查询方式。同样，在基于操作系统的编程中，对于接收也有查询和事件两种方式。查询方式同样需要反复地对接收进行读取，看是否收到了信息，同样会消耗过多的系统资源，一般会把它放在一个线程中来进行，以保证系统资源不会被过度地消耗掉。另一种是事件方式，即当接收端收到信息时，会采用事件的方式来通知主程序，以对收到的信息进行相应地处理。事件方式有点类似硬件上的中断方式，效率较高。

在基于Qt的串口编程中，有多种实现的方式。比如可以使用Qt自己带的串口模块（如QSerialPort），也可以使用其他第三方的控件（如qextserialport等），还可以使用操作系统中直接编写的串口程序。各种方式都有自己的特点，但对于Qt自带的QSerialPort模块，虽然兼容性较好，但目前只有Qt5.0以上的版本才支持该模块。对于第三方控件qextserialport，虽然在Qt4.0的版本就可以使用，但目前对于Linux系统而言，仅支持查询方式，而不支持事件方式，所以在Linux中一般只能把它放到一个新建的线程中去运行。对于在操作系统中直接编程处理串口通信的方式，需要一定的程序开发能力，但适用性更广泛一些，执行的效率也要高一些。

在Qt4.0及以上的版本中，新增加了一个名为QSocketNotifier的模块，它用来监听系统文件的操作，把操作转换为Qt事件进入系统的消息循环队列，并调用预先设置的事件接受函数来处理事件。QSocketNotifier一共设置了三类事件：read、write、exception，具体如下表所示。

在使用QSocketNotifier来处理串口时，只需要设置为Read属性即可。每个QSocketNotifie对象监听一个事件，在使用open方法打开串口并设置好属性后,就可以使用Qt的类 QSocketNotifier来监听串口是否有数据可读，它是事件驱动的，配合Qt的信号/槽机制，当有数据可读时，QSocketNotifier就会发射ativated信号，只需要创建一个槽连接到该信号即可，然后在槽函数中处理串口读到的数据。这样一来，读取串口的任务就不用新开辟线程来处理了，这也是Qt官方给出的建议。

在Linux系统中，一切设备都可以按文件来处理，这一机制也正好符合QSocketNotifie监听系统文件变化的机制。因此，在Linux系统中使用QSocketNotifie来处理串口接收数据，可谓相得益彰。因此，下面讨论的就是在Linux系统中，基于Qt4.8.7的版本，结合Linux的串口模块编程，然后在Qt中使用QSocketNotifie来实现串口信息的读取。下面给出具体步骤。

首先，在Linux系统中，所有的设备文件都位于/dev目录下，以tty为前缀的文件，是终端设备。以tty加大写S开头的即为串口设备文件，如ttyS0即为串口0（即COM0）。但在嵌入式Linux中，串口是以ttySAC为前缀的，如ttySAC0即代表串口0。

其次，在Linux系统中，要对文件进行相应地操作，必须先打开它，对串口设备文件也不例外，所以需要调用open函数来打开对应的串口端口。另外在打开的同时，还需要设置打开文件的合适属性（如可读可写、不将设备分配为控制终端、无延时模式等）。 比如，可执行语句“open("/dev/ttySAC0", O_RDWR | O_NOCTTY |  O_NDELAY);”。

接下来，需要对打开的串口进行配置，其中的重要参数有：波特率、数据位数、停止位位数、奇偶校验、硬件流量控制等。在Linux中，这些配置项目由一个名为termios 结构体实现，结合前面的打开串口，可以一起写在一个串口初始化函数中，如下 。

int MainWindow::UART_Init(void)
{
struct termios opt;
fdUart = open("/dev/ttySAC1", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
tcgetattr(fdUart, &opt); //获取当前打开的串口参数到termios型结构体mycom中
opt.c_cflag &= ~(PARENB | CSTOPB | CSIZE | OPOST);//无奇偶校验、1位停止位、原始模式
opt.c_cflag |= (CS8 | CLOCAL | CREAD); //8位数据位
cfsetispeed(&opt, B9600);
cfsetospeed(&opt, B9600); //波特率为9600
opt.c_cc[VMIN] = 0;
opt.c_cc[VTIME] = 0;
tcflush(fdUart,TCIOFLUSH); //清除输出输入缓冲
if (tcsetattr(fdUart, TCSANOW, &opt) < 0) //使用mycom中的参数设置当前已打开的串口，不等数据传输完毕就立即改变
{
return -1;
}
return fdUart;
}

接下来需要在Qt的主程序中，加入串口初始化，创建一个QSocketNotifier类的对象并将其实例化，建立信号与槽的连接函数，如下。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent),
ui(new Ui::MainWindow)
{
ui->setupUi(this);
UART_Init();
QSocketNotifier *com0_notifier;
com0_notifier = new QSocketNotifier(fdUart, QSocketNotifier::Read, this);
connect(com0_notifier, SIGNAL(activated(int)), this, SLOT(SerialIncoming(void)));
}

最后，还要写一个槽函数来读取串口数据，如下。

void MainWindow::SerialIncoming(void)
{
char buff[8];
read(fdUart,buff,8);
}

在上述程序中，文件描述符fdUart应定义为全局变量。程序运行后，只要串口接收到数据，就会触发SerialIncoming函数，然后把收到的数据存入buff数组中，以供后续处理之用。当然，若要向串口发送数据，直接写fdUart即可，比如执行“write(fdUart,buff,8);”即可把buff中的8个字节数据及时发送出去。

为了让上述程序能够正常运行，还需要包含下面的三个头文件。

#include <QSocketNotifier>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>

本例给出的只是一个最小框架，在具体应用时，还要根据实际的项目进行适当的修改。